5.5 Mahitaji ya Ubora wa Maji

Aquaponics inawakilisha jitihada za kudhibiti ubora wa maji ili aina zote za maisha ya sasa (samaki, mimea na vijidudu) zifanywe karibu na mazingira bora ya kemia ya maji iwezekanavyo (Goddek et al. 2015). Ikiwa kemia ya maji inaweza kuendana na mahitaji ya seti hizi tatu za aina muhimu za maisha, ufanisi na optimization ya ukuaji na afya ya wote inaweza kutarajiwa (Lennard 2017).

Optimization ni muhimu kwa uzalishaji wa maji ya kibiashara kwa sababu ni kwa njia ya optimization kwamba mafanikio ya kibiashara (yaani faida ya kifedha) yanaweza kutambuliwa. Kwa hiyo, kemia ya maji na mahitaji ya ubora wa maji ndani ya mfumo wa aquaponic ni muhimu kwa mafanikio ya mwisho ya kibiashara na kiuchumi ya biashara (Goddek et al. 2015).

Kwa sasa kuna kutokubaliana ndani ya sekta pana ya aquaponic na jamii katika suala la kile kinachowakilisha ubora mzuri au unaokubalika wa maji ndani ya mifumo ya maji ya maji. Inaonekana kwamba ni kukubalika kwa ujumla kwamba mahitaji ya kemia ya maji ya asili ya maisha ya mtu binafsi huunda subsets (samaki, mimea na microbes) yanakubaliwa kwa upana (Rakocy na Hargreaves 1993; Rakocy et al. 2006; Goddek et al. 2015; Delaide et al. 2016; Lennard 2017). Hata hivyo, uwepo wa mbinu mbalimbali, mbinu na uchaguzi wa teknolojia ambayo huitwa aquaponics na historia au historia ya teknolojia zinazohusishwa, za kusimama pekee za mifumo ya kurejesha maji ya maji (RAS) na utamaduni wa mimea ya hydroponic (ikiwa ni pamoja na utamaduni wa substrate) inaonekana kusababisha kutoelewana kati ya waendeshaji, wanasayansi na wabunifu. Kwa mfano, kuchukua moja tu parameter maji kemia katika maanani, pH, wengine wanasema kuwa mahitaji ya pH ya mimea hydroponically cultured ni tofauti sana na mahitaji ya pH ya RAS-cultured aina ya samaki maji safi (Suhl et al. 2016). Sekta ya hydroponic kwa ujumla inatumika mipangilio ya pH kati ya 4.5 na 6.0 kwa utamaduni wa mimea ya maji (Resh 2013), ambapo sekta ya RAS inatumika mipangilio ya pH kati ya 7.0 na 8.0 (Timmons et al. 2002) ili kukidhi mahitaji ya samaki na vijidudu vilivyopo (vinavyofanya muhimu mabadiliko ya metabolites ya taka ya samaki yenye sumu kwa aina ndogo za sumu). Hoja, kwa hiyo, ni kwamba yoyote pH kuweka uhakika ni maelewano kati ya mahitaji ya mimea, samaki na microbes na kwamba kwa hiyo pH mojawapo kwa aina zote za maisha si kufikiwa ambayo inaongoza kwa uzalishaji suboptimal kupanda (Suhl et al. 2016). Wengine wanasema, hata hivyo, kwamba uchunguzi wa karibu wa matatizo ya mienendo ya virutubisho ya matumizi ya virutubisho ya mimea inaweza kuelezea maoni tofauti (Lennard 2017).

Mifumo ya hydroponic (na substrate utamaduni) hulisha virutubisho kwa mimea katika fomu zao za msingi, ionic kwa kuongeza chumvi za virutubisho kwenye maji ambayo hutenganisha kutolewa ions zilizopo za virutubisho (Resh 2013). Utafiti umeonyesha kuwa aina hizi za virutubisho za ionic zipo katika dirisha la upatikanaji wa mmea, kulingana na mfumo wa kutosha wa maji pH. Kwa hiyo, katika mazingira ya kiwango cha hydroponic, na hakuna flora ya sasa ya microbial (yaani sterilized — kama mifumo mingi ya hydroponic ipo), ni muhimu kuweka pH ya maji ya mfumo kwa kiwango kinachofanya mchanganyiko wa virutubisho vya ioniki mmea unahitaji iwezekanavyo iwezekanavyo (Resh 2013). Ndani ya mfumo wowote wa hydroponic, hii ni maelewano yenyewe, kwa sababu kama chati yoyote ya upatikanaji wa virutubisho inavyoonyesha (angalia Mchoro 5.4), aina tofauti za virutubisho za ionic zinapatikana zaidi katika phs tofauti (Resh 2013). Ni chama hiki cha upatikanaji wa virutubisho cha ionic ambacho sekta ya hydroponic hutumia kama primer yake kwa pointi za kuweka pH na anaelezea kwa nini pH inayohitajika ya uendeshaji wa pH ni mahali fulani kati ya 4.5 na 6.0 (mazingira ya asidi) katika mifumo ya utamaduni wa hydroponic na substrate iliyoboreshwa.

Vinginevyo, RAS inatumika hatua ya kuweka maji ya pH kulingana na kile ambacho ni asili kwa samaki kuwa cultured na microbes kutibu na kugeuza bidhaa za taka za samaki

mtini. 5.4 Mfano wa kiwango pH mediated, virutubisho upatikanaji chati kwa ajili ya mimea aquatically cultured. Mstari mwembamba unawakilisha pH ya kawaida ya uendeshaji kwa mfumo wa hydroponic; mstari wa bluu ambao kwa mfumo wa aquaponic

(Timmons et al. 2002; Goddek et al. 2015; Suhl et al. 2016). Katika mazingira asilia ya maji safi, aina nyingi za samaki zinahitaji pH ya mazingira (yaani maji pH) ambayo inalingana kwa karibu na pH ya ndani ya samaki, ambayo mara nyingi iko karibu na pH ya 7.4 (Lennard 2017). Aidha, microbes kubwa zinazohusiana na kufutwa metabolite mabadiliko katika utamaduni RAS (bakteria nitrification ya aina kadhaa) pia zinahitaji pH karibu 7.5 kwa mojawapo amonia mabadiliko nitrate (Goddek et al. 2015; Suhl et al. 2016). Kwa hiyo, waendeshaji wa RAS hutumia hatua ya kuweka pH ya takriban 7.5 kwa utamaduni wa samaki wa maji safi ya RAS.

Kuna tofauti ya wazi kati ya pH ya 5.5 (wastani wa utamaduni wa kawaida, sterilized, hydroponic kupanda) na pH ya 7.5 (kiwango cha wastani cha utamaduni wa samaki wa RAS). Kwa hiyo, inasemekana kwa upana kwamba pH inawakilisha moja ya maafikiano makubwa ya ubora wa maji yaliyopo katika sayansi ya maji (Goddek et al. 2015; Suhl et al. 2016). Watetezi wa miundo decoupled aquaponic mara nyingi wanasema tofauti hii katika mahitaji optimum pH kama hoja kwa decoupled kubuni mbinu, na kusema kuwa miundo kikamilifu recirculating lazima kupata pH maelewano wakati miundo decoupled na anasa ya kutumia maji tofauti pH kuweka pointi kwa samaki na kupanda vipengele (Suhl et al. 2016; Goddek et al. 2016). Hata hivyo, nini hoja hii inapuuza ni kwamba mifumo ya aquaponic, kinyume na mifumo ya hydroponic, sio mbolea na hutumia mbinu za majini za kiikolojia zinazohamasisha idadi tofauti ya microflora kuwapo ndani ya mfumo wa aquaponic (Eck 2017; Lennard 2017). Hii inasababisha aina mbalimbali za microbes zilizopo, nyingi ambazo huunda vyama vingi na ngumu na mimea, hasa mizizi ya mimea, ndani ya mfumo wa aquaponic (Lennard 2017). Inajulikana na imara katika fiziolojia ya mimea kwamba microbes nyingi, zinazohusishwa na kati ya udongo na tumbo, hushirikiana kwa karibu na mizizi ya mimea na kwamba wengi wa microbes hizi husaidia mimea kupata na kutumia virutubisho muhimu (Vimal et al. 2017). Pia inajulikana kuwa baadhi ya vijidudu hivi huzalisha molekuli za kikaboni ambazo husaidia zaidi ukuaji wa mimea, kusaidia maendeleo ya kinga ya mimea na kusaidia kuunganisha mimea (hasa mizizi) vimelea (Vimal et al. 2017; Srivastava et al. 2017). Kwa asili, microbes hizi husaidia mimea kwa njia nyingi ambazo hazipo tu katika mazingira yaliyoboreshwa yanayotumika katika utamaduni wa kawaida wa hydroponic.

Kwa vijidudu hivi mbalimbali vilivyopo, mimea hupata upatikanaji wa virutubisho kwa njia nyingi ambazo haziwezekani katika mifumo inayotegemea mazingira ya pH ya majini pekee ili kuwezesha upatikanaji wa virutubisho wa mimea (k.m. kiwango cha hydroponiki na utamaduni wa substrate). Wengi wa vijidudu hivi hufanya kazi kwa viwango vya pH pana, kama vile vijidudu vingine vya udongo, kama vile bakteria ya nitrification (pH ya 6.5—8.0, Timmons et al. 2002). Kwa hiyo, pamoja na microbes hizi zilizopo katika mifumo ya aquaponic, hatua ya kuweka pH inaweza kuinuliwa juu ya kile ambacho kawaida hutumiwa katika mbinu za utamaduni wa hydroponic au substrate (yaani pH ya 4.5—6.0) wakati ukuaji wa mimea wa juu na ufanisi bado upo (Lennard 2017). Hii inathibitishwa katika kazi ya watafiti kadhaa wa aquaponic ambao wameonyesha viwango vya ukuaji wa mimea bora katika aquaponics kuliko katika hydroponics ya kawaida (Nichols na Lennard 2010).

Mahitaji mengine ya ubora wa maji katika mifumo ya aquaponic yanahusiana na vigezo vya kimwili/kemikali na zaidi hasa, vigezo vya mahitaji ya virutubisho vya kupanda. Kwa upande wa mahitaji ya kimwili/kemikali, mimea, samaki na microbes hushiriki kawaida nyingi. Oxyjeni kufutwa (DO) ni muhimu kwa samaki, mizizi ya mimea na microflora na lazima iimarishwe katika mifumo ya aquaponic (Rakocy na Hargreaves 1993; Rakocy et al. 2006). Mizizi ya mimea na microflora kwa ujumla huhitaji viwango vya chini vya DO kuliko samaki wengi; mizizi ya mimea na microbes inaweza kuishi na DO chini ya 3 mg/L (Goto et al. 1996), ambapo samaki wengi huhitaji juu ya 5 mg/L (Timmons et al. 2002). Kwa hiyo, ikiwa mkusanyiko wa DO ndani ya mfumo wa aquaponic umewekwa na kuhifadhiwa kwa mahitaji ya samaki, mahitaji ya mimea na microbe pia yanakabiliwa (Lennard 2017). Aina tofauti za samaki zinahitaji viwango tofauti vya DO: samaki wa maji ya joto (kwa mfano Tilapia spp., barramundi) kwa ujumla wanaweza kuvumilia viwango vya chini vya DO kuliko aina ya samaki ya maji baridi (kwa mfano salmonidi kama trout ya upinde wa mvua na char ya arctic); kwa sababu mahitaji ya samaki DO ni karibu kila mara kubwa kuliko mmea mizizi na mahitaji microfloral, DO lazima kuweka kwa ajili ya aina maalum ya samaki kuwa cultured (Lennard 2017).

Viwango vya maji-carbon dioxide (COsub2/sub), kama kwamba kwa DO, kwa ujumla huwekwa na samaki kwa sababu mizizi ya mimea na microbes inaweza kuvumilia viwango vya juu kuliko samaki. Viwango vya dioksidi ya kaboni ni muhimu kwa afya bora na ukuaji wa samaki na mara nyingi hupuuzwa katika miundo ya aquaponic. Vigezo na kuweka pointi kwa COSU2/viwango Sub lazima sawa na kwa aina hiyo ya samaki cultured katika samaki-tu, mifumo RAS na kwa ujumla, lazima kuwekwa chini ya 20 mg/L (Masser et al. 1992).

Joto la maji ni muhimu kwa aina zote za maisha ya sasa ndani ya mfumo wa aquaponic. Samaki na mimea aina lazima kuendana kama karibu iwezekanavyo kwa ajili ya mahitaji ya joto la maji (kwa mfano Tilapia spp. ya samaki kama 25 ˚C plus, na mimea kama Basil kustawi katika joto hili la juu kiasi maji; saladi aina kama maji baridi, na kwa hiyo, bora kuendana samaki mgombea ni upinde wa mvua trout) (Lennard 2017). Hata hivyo, kama kwa vigezo vingine vya maji kimwili na kemia, kukidhi mahitaji ya samaki kwa joto la maji ni muhimu kwa sababu microbes wana uwezo wa kufanyiwa uteuzi maalum wa aina kulingana na hali iliyoko (k.m. nitrification utofautishaji wa aina ya bakteria hutokea kwa tofauti joto la maji na aina ambazo zinalingana bora na joto fulani la maji zitatawala biomasi ya bakteria ya nitrification ya mfumo) na mimea mingi inaweza kukua vizuri sana katika joto la maji mbalimbali (Lennard 2017). Kufanana na joto la maji, na kuitunza ndani ya pamoja au chini ya 2˚C (yaani udhibiti wa joto la juu) kwa samaki, ni mahitaji muhimu katika aquaponics kwa sababu wakati joto la maji ni sahihi na halipotei kutoka wastani bora, samaki hufikia kimetaboliki yenye ufanisi na yenye ufanisi na kula na kubadilisha kulisha ufanisi, na kusababisha viwango bora vya ukuaji wa samaki na imara na kutabirika taka mzigo releases, ambayo husaidia kupanda utamaduni (Timmons et al. 2002).

Kudumisha uwazi wa maji (ugonjwa wa chini) ni parameter nyingine muhimu katika utamaduni wa maji (Rakocy et al. 2006). Mateso mengi ya maji yanatokana na mizigo yabisi iliyosimamishwa ambayo haijawahi kuchujwa vya kutosha, na yabisi hizi zinaweza kuathiri samaki kwa kushikamana na gills yao, ambayo inaweza kupunguza viwango vya uwezo wa uhamisho wa oksijeni na viwango vya kutolewa kwa amonia (Timmons et al. 2002). Suspended yabisi mizigo chini ya 30 mg/L ni ilipendekeza kwa samaki aquaponically cultured (Masser et al. 1992; Timmons et al. 2002). Mizigo ya juu iliyosimamishwa pia huathiri mizizi ya mimea kwa sababu ina uwezo wa kuzingatia mizizi ambayo inaweza kusababisha ufanisi wa matumizi ya virutubisho, lakini kwa kawaida hutoa uwezekano mkubwa wa ukoloni wa viumbe vya pathogenic, ambayo inaongoza kwa afya mbaya ya mizizi na kifo cha mwisho cha mmea (Rakocy et al. 2006). Hizi yabisi suspended pia kuhamasisha kiwango cha maambukizi ya bakteria heterotrophic (spishi kwamba kuvunja na metabolise kaboni hai) ambayo, kama kuruhusiwa kutawala mifumo, inaweza outkushindana aina nyingine zinazohitajika, kama vile bakteria nitrification.

Conductivity ya umeme (EC) ni kipimo kinachotumika mara nyingi katika hydroponics ili kupata ufahamu wa kiasi cha virutubisho jumla katika maji. Hata hivyo, haiwezi kutoa taarifa juu ya mchanganyiko wa virutubisho, kuwepo au kutokuwepo kwa aina ya madini ya mtu binafsi au kiasi cha aina ya virutubisho zilizopo (Resh 2013). Si mara nyingi hutumiwa katika aquaponics kwa sababu inachukua tu kuwepo kwa aina za virutubisho za ionic (kushtakiwa), na imesema kuwa aquaponics ni njia ya ugavi wa virutubisho, na kwa hiyo, EC sio kipimo muhimu (Hallam 2017). Hata hivyo, mimea kwa ujumla tu chanzo ionic aina ya virutubisho, na kwa hiyo, EC inaweza kutumika kama chombo ujumla au mwongozo wa jumla wa virutubisho kupanda inapatikana katika mfumo wa aquaponic (Lennard 2017).

Kwa recirculating kikamilifu mifumo ya aquaponic, kulingana na vigezo vya kimwili na kemikali, ni samaki ambayo ni zaidi ya kulazimisha mahitaji yao, na kwa hiyo, kama mifumo imeweza kudumisha mahitaji ya samaki, mimea na microbes ni kuwa na mahitaji yao zaidi ya kuridhika (Lennard 2017). Tofauti linapokuja suala la mimea, hata hivyo, ni mahitaji yao kwa ajili ya mchanganyiko sahihi na nguvu ya virutubisho kuwa sasa kuruhusu optimized upatikanaji wa virutubisho na matumizi (kama kusimama pekee au microbial kusaidiwa) ambayo inaongoza kwa ukuaji ufanisi na wa haraka. Mifumo Decoupled aquaponic kwa hiyo inaweza kuwa zaidi ya kuvutia kwa sababu ya mtazamo kwamba wao kuruhusu zaidi exacting virutubisho utoaji kwa mimea (Goddek et al. 2016). Chakula cha samaki na, kwa hiyo, taka za samaki hazina mchanganyiko sahihi wa virutubisho ili kukidhi mahitaji ya mimea (Rakocy et al. 2006). Kwa hiyo, kubuni mfumo wa aquaponic lazima uhasibu kwa wale virutubisho kukosa na kuongeza yao. Kikamilifu recirculating mifumo ya aquaponic kwa ujumla kuongeza virutubisho kwa kuongeza yao katika spishi chumvi kutumika kusimamia kila siku pH buffering utawala; sehemu ya msingi ya chumvi hurekebisha pH na sehemu chanya ya chumvi inaruhusu nyongeza ya kukosa virutubisho kupanda (k.m. potassium, kalsiamu, magnesiamu) (Rakocy et al. 2006). Miundo iliyochafuliwa ya aquaponic inachukua maji taka na kuhusishwa taka imara kutoka sehemu ya samaki na kurekebisha maji kuwa na virutubisho vinavyohitajika kwa ajili ya uzalishaji wa mimea kwa kuongeza virutubisho katika aina tofauti (Goddek et al. 2016). Nyongeza hizi za virutubisho kwa ujumla zinategemea kutumia kiwango cha chumvi cha hydroponic ambacho si lazima kutoa matokeo yoyote ya marekebisho ya pH (kwa mfano phosphate ya kalsiamu, sulphate ya kalsiamu, phosphate ya potasiamu, nk).

Njia ya ukuaji bora wa mimea katika mifumo ya majini ni kutoa maelezo ya virutubisho ya majini ambayo hutoa virutubisho vyote ambavyo mmea unahitaji (mchanganyiko) kwa uwezo unaohitajika (mkusanyiko) (Lennard 2017). Katika recirculating kikamilifu miundo aquaponic, au decoupled aquaponic miundo ambayo si kutumia mbinu sterilization, inaonekana kuwa chini ya mahitaji ya kukidhi viwango virutubisho au nguvu kutumika katika hydroponics kiwango, kwa sababu asili ya mazingira ya mfumo inahusisha mbalimbali microflora na mizizi ya mimea na microflora hizi husaidia upatikanaji wa virutubisho (Lennard 2017). Kwa decoupled, au nyingine, aquaponic miundo kwamba kuomba sterilization kwa sehemu kupanda na kufuata kiwango hydroponic analog mbinu, inaonekana kuwa na mahitaji ya kujaribu na mbinu viwango kiwango hydroponic virutubisho (Suhl et al. 2016; Karimanzira et al. 2016). maelewano, hata hivyo, na mbinu decoupled ni kwamba inaongoza kwa uwiano wa nyongeza nje mbali zaidi ya yale ya miundo kikamilifu recirculating aquaponic; Ulaya miundo decoupled sasa wastani 50% au zaidi ya nje nyongeza madini (GHARA FA1305 2017; Goddek na Keesman 2018), wakati UVI vifaa mbinu chini ya 20%, na mifumo mingine inaweza ugavi chini ya 10% nje virutubisho nyongeza (Lennard 2017).

Bila kujali njia, mifumo yote ya aquaponic inapaswa kujitahidi kusambaza mimea na lishe inayohitajika kwa ukuaji bora ili kutoa biashara kwa nafasi kubwa ya uwezekano wa kifedha. Katika muktadha huu, maudhui ya virutubisho na nguvu ya maji kutolewa kwa mimea ni muhimu sana na upimaji wa virutubisho mara kwa mara wa maji yanapaswa kuajiriwa ili mchanganyiko wa virutubisho na nguvu zihifadhiwe na kusimamiwa kama mahitaji muhimu sana ya ubora wa maji.